380-kV-Diagonale Berlin - ein Erfahrungsbericht -
Dipl. Ing. Claus Georg Henningsen Freier Berater / Senior Expert
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 1
Agenda:
Historische Entwicklung der Kabeltechnik
Präqualifikationsverfahren
Erste Anwendungen
Darstellen des Qualitätsmanagementsystems
Prüfungen zur Inbetriebnahme
Gegenüberstellung gewählter Prüfparameter zum IEC Standard
Betriebsereignisse, Maßnahmen und Erkenntnisse
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Historische Entwicklung der Kabeltechnik
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Historische Entwicklung der Kunststoffkabeltechnik für Hochspannung
1980 1990 2000 1940 1950 1960 1970 Zeitachse
1960 20-kV-Kabel mit VPE-Isolierung
1966 138-kV-Kabel mit PE-Isolierung
1969 225-kV-Kabel mit PE-Isolierung
1979 275-kV-Kabel mit VPE-Isolierung
1986 400-kV-Kabel mit VPE-Isolierung
1988 500-kV-Kabel mit VPE-Isolierung
1947 20-kV-Kabel mit PE-Isolierung
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Entwicklung Störungshäufigkeit 110-kV-Kabel (PE/VPE und Öl)
1984 t
S t
ö r
u n
g s
h ä
u f
i g
k e
i t
PE / VPE - Kabel
Öl - Kabel
VPE-Kabel
Ölkabel
2000 1992
Mittelwert über 5 Jahre
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Planung 380-kV-Netzanbindung Berlin
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380-kV-Diagonalverbindung durch die Lastschwerpunkte Berlins
380-kV-Ölkabel 380-kV-Freileitung
220-kV-Freileitung
110-kV-Netz
Umspannwerk
380-kV-Kunststoffkabel
UW Mitte –
UW Friedrichshain -
UW Marzahn
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1994
Wuhlheide
Wustermark
Lubmin
Preilack
Thyrow
Friedrichshain
Mitte 2 Mitte 1
Reuter 1 Reuter 2
Malchow
Teufelsbruch
Reuter
Mitte
Friedrichshain
Malchow
Wuhlheide
Marzahn Neuenhagen
Berlin
Charlottenburg
94
1978 1998
2000
380-kV-Ölkabelanlage mit direkter Mantelkühlung
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Schutzabdeckung 250 cm -
600 cm
Rohre für
Begleitkabel
150 cm
Straßenoberfläche
Kühlrohr (PE-HD)
Kühlwasser
Ölkabel
• Trassenlänge 7,4 km
• Ölkabel mit direkter
Wasserkühlung
• Inbetriebnahme 1994
Fotos: Ölkabel im PE-HD-Rohr und PE-HD-Rohrlegung
Berlins 380-kV-Anschluss an das Verbundnetz
380-kV-Diagonalverbindung durch die Lastschwerpunkte Berlins
380-kV-Ölkabel 380-kV-Freileitung
220-kV-Freileitung
110-kV-Netz
Umspannwerk
380-kV-Kunststoffkabel
UW Mitte –
UW Friedrichshain -
UW Marzahn
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1994
Wuhlheide
Wustermark
Lubmin
Preilack
Thyrow
Friedrichshain
Mitte 2 Mitte 1
Reuter 1 Reuter 2
Malchow
Teufelsbruch
Reuter
Mitte
Friedrichshain
Malchow
Wuhlheide
Marzahn Neuenhagen
Berlin
Charlottenburg
94
1978 1998
2000
11 km Tunnelanlage unter Berlin
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3,6 m
3 m
Tunnelquerschnitt
Wahl der Übertragungstechnik
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VPE-Kabel
• geringeres Brandrisiko
• geringere dielekt. Verluste
• Präqualifikationsprüfung
• keine Betriebserfahrung
GIL
• SF6-Anteil am Isoliergas < 20 %
• geringere Verluste
• geringer Wartungsaufwand
• Präqualifikationsprüfung
• keine Betriebserfahrung
Ölkabel
• über 20 Jahre sehr gute
Betriebserfahrungen
• im Fehlerfall hohes
Brandrisiko
Aufbau der Präqualifikationsprüfung
SF6-End- verschluß Heiztrafos Muffenkammer Lüftungstürme
Kabelkanal Verrohrung
Muffen in Erdlegung
Seitenansicht (Schnitt A-A)
SF6-Schaltanlage
Aufschüttung
thermisch stabiles Bettungsmaterial
Freiluftendverschluß
A
A
60 m Legung in Kammer bzw. Kanal 60 m Legung in Rohren bzw. Erde
> 10 m
120 m
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120 m
16 h / 32 h
90°C (+ 5 K, - 0 K)
400 kV *)
1 Jahr
Schaltstoßspannung (250/2500 µs)
Blitzstoßspannung (1,2 / 50 µs)
*) mit kontinuierlichen Teilentladungsmessungen an allen Garnituren
950 kV (5 pos, 5 neg)
1175 kV (10 pos,10 neg)
Versuchsaufbau bei CESI
Trassenlänge
Heiz-/Abkühlzyklus
max. Leitertemperatur
Prüfspannung bei 50 Hz
Prüfdauer
Parameter der Präqualifikationsprüfung für 380-kV-Kunststoffkabel
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Ergebnisse der Präqualifikationsprüfung
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1.Prüfreihe
Schichtenmantel Wellmantel
Hot-splice Muffe
vorgefertigte Muffen EPDM
Aufschiebemuffen Epoxydharz
Wickelmuffen
Wickelmuffen
Wickelmuffen P
- Fehler Verbindungsmuffe - Kabelfehler - Fehler SF6-Endverschluss P - präqualifiziert
Nur typgeprüfte Anlagekomponenten waren zur Präqualifikationsprüfung zugelassen
Ergebnisse der Präqualifikationsprüfung
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1.Prüfreihe
Schichtenmantel Wellmantel
Hot-splice Muffe
vorgefertigte Muffen EPDM
Aufschiebemuffen Epoxydharz
Wickelmuffen
Wickelmuffen
Wickelmuffen P
- Fehler Verbindungsmuffe - Kabelfehler - Fehler SF6-Endverschluss P - präqualifiziert
2. Prüfreihe
Schichtenmantel Wellmantel
Aufschiebemuffen Epoxyd
Aufschiebemuffen EPDM
Aufschiebemuffen Silikon
Aufschiebemuffen Silikon
Aufschiebemuffen EPDM
Aufschiebemuffen EPDM
P
P P
P
P
Nur typgeprüfte Anlagekomponenten waren zur Präqualifikationsprüfung zugelassen
Prüfungen zur Qualitätssicherung
Entwicklungszeit für große Projekte Neue Techniken erfordern Entwicklungs- und Betriebserprobungszeiten über viele Jahre bis zum Erreichen der Betriebstauglichkeit. Diese Zeiten sind heute nicht mehr realisierbar. Daher Präqualifikationstests, um gesicherte Aussagen über die Lebensdauertauglichkeit zu erhalten.
Begleitung des Fertigungs-prozesses durch eigenes Personal und Sonder-prüfungen aus der laufenden Fertigung
Stückprüfungen an allen auszuliefernden Kabellängen und Garnituren
Belastungsprüfungen und
Spannungsprüfungen mit
Teilentladungsmessung
Typ- und
Langzeitprüfungen
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Die neue IEC 62067 berücksichtigt nun im Teil 2 auch die Bewag / Cigre Prüfanforderungen
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1. Typprüfung IEC 62067 Bewag / Cigre Anforder.
Mechanische Prüfung 25 (d + D) + 5 % 20 (d + D) + 5 %
Teilentladungsprüfung 1,5 U0 ≤ 5 pC 2,0 U0 ≤ 1 pC
2. Präqualifikationstest Vergleichbar Vergleichbar
3. Fertigungsbegleitende - alle 5 km Fertigungslänge
Prüfung 30 m Kabel für Prüfkreis
Heizzyklen 90°C 2 Zyklen
Spannungsprüfung 2,0 U0 24 h
Blitzstoßspannung heiß 1425 kV 10 pos./ 10 neg.
Teilentladungsprüfung 2,0 U0 ≤ 1 pC
4. Stückprüfung
Spannungsprüfung 2,0 U0 60 min 2,0 U0 10 h
Teilentladungsprüfung 1,5 U0 ≤ 10 pC 2,0 U0 ≤ 1 pC
- Hot Set Test
5. Inbetriebnahmeprüfung
Heizzyklen 20 Zyklen 8h / 16h
Spannungsprüfung mit TE Prüfung an allen Garnituren 400 kV, keine TE
Projekt 380-kV-Diagonale Berlin
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11,5 km x 3 Leiter x 2 Syst. = 69 km Kabel
15 x 3 x 2 = 90 Teillängen
13 x 3 x 2 = 78 Muffen
4 x 3 x 2 = 24 Endverschlüsse
Programm der Inbetriebnahme
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• Spannungsprüfung 230 kV (1,0x U0) für 1 h Teilentladungsmessung an allen Garnituren
• Lastzyklen mit Betriebsstrom 4 Wochen
• Spannungsprüfung 400 kV (1,7x U0) 15 min Teilentladungsmessung an allen Garnituren 345 kV (1,5x U0) 45 min
Teilentladungsmessung gleichzeitig an allen Garnituren einer Phase
Bereitstellung der Prüfspannung mittels einer Resonanzprüfanlage
Spannungsprüfung mit Teilentladungsmessaufbau
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EV
Muffe
TE-Messbox
Muffe
TE-Messbox
Muffe
TE-Messbox
TE-Messbox TE-Messbox
LWL
LWL LWL LWL
LWL
Umspannwerk Umspannwerk
LWL
PC “Messplatz” EV
Anschluss Resonanz- prüfanlage
Muffe
TE-Messbox
Die kontinuierliche Spannungserhöhung während der Inbetriebnahmeprüfung in Kombination mit der TE-Messung ermöglicht es, Fehlerstellen, die bei der Vor-Ort-Montage entstanden sind, zerstörungsfrei aufzudecken und zu lokalisieren.
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“
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1994 1978 1998
TB RE MI FRH
MZA
IPH
1998 2000
Reuter Mitte Friedrichshain Marzahn Wustermark
Neuenhagen
Ölkabel 7,6 km
Freileitung 1,1 km (Berliner Gebiet)
Freileitung 2,6 km
Ölkabel 8,1 km
VPE-Kabel 6,5 km
VPE-Kabel 5,4 km
Freileitung 7,0 km (Berliner Gebiet)
(1)
(1) Tunnel Teufelsseekanal: 0,32 km
(2) Tunnel Havelquerung: 0,52 km
(3) Tunnel Schloßpark: 1,10 km
(4) Tunnel Spree: 0,27 km
380-kV-Freileitung 21,4 System-km
380-kV-Ölkabel 31,4 System-km
380-kV-VPE-Kabel 23,8 System-km
Legung im Tunnel 27,4 System-km
(2) (3)
6,3 km Tunnel 5,2 km Tunnel
(4)
Übersicht
Teufelsbruch
Periodische Betriebsprüfungen
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Alle 2 Jahre wird jede Anlage zu Wartungszwecken freigeschaltet und umfangreich überprüft. • Korrosionsschutzprüfung des Kabelmantel max. 10 kV DC • Überprüfung des Erdungssystems Kabel / Tunnel • Prüfung der Mantelspannungsbegrenzer auf ihre Funktionsfähigkeit • Prüfen des Überwachungssystems zur Funktionsfähigkeit der
Mantelspannungsbegrenzer • Prüfen des Brandschutzanstrichs auf den Kabelmänteln • Überprüfen der Kabelmanteltemperaturfühler und der Meldesysteme • Nachweis der Funktion des Cross-Bonding-Systems durch
Mantelstrommessung am in Betrieb befindlichen System
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Tunnelbahn für automatische oder bemannte Kontrollfahrten
Tunnelbahn ist ausgerüstet mit einer Kamera und einer Feuerlöscheinrichtung
Prüfanforderungen vor Ablauf der Garantie
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Prüfanforderungen nach 5 Jahren Betrieb:
• Wechselspannungsprüfung 290 kV 15 min 242 kV 45 min • Teilentladungsmessung an allen Garnituren keine nachweisbaren Teilentladungen ≤ 2 pC
Prüfungen wurden erfolgreich bestanden
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 1. Fehler Verbindungsmuffe 2006
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 25
1994 1978 1998
TB RE MI FRH
MZA
IPH
1998 2000
Reuter Mitte Friedrichshain Marzahn Wustermark
Neuenhagen
Ölkabel 7,6 km
Freileitung 1,1 km (Berliner Gebiet)
Freileitung 2,6 km
Ölkabel 8,1 km
VPE-Kabel 6,5 km
VPE-Kabel 5,4 km
Freileitung 7,0 km (Berliner Gebiet)
(1)
(1) Tunnel Teufelsseekanal: 0,32 km
(2) Tunnel Havelquerung: 0,52 km
(3) Tunnel Schloßpark: 1,10 km
(4) Tunnel Spree: 0,27 km
380-kV-Freileitung 21,4 System-km
380-kV-Ölkabel 31,4 System-km
380-kV-VPE-Kabel 23,8 System-km
Legung im Tunnel 27,4 System-km
(2) (3)
6,3 km Tunnel 5,2 km Tunnel
(4)
Übersicht
Teufelsbruch
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
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Jahr: 2006
Spannungsebene: 380 kV
Fehlertyp: Leiter gegen Erde
Fehlerort: Crossbonding-Muffe Nr. 2 von Phase 2
Ausfallzeit: 25 Tage
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 1. Fehler Verbindungsmuffe 2006
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 1. Fehler Verbindungsmuffe 2006
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
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2006 nach 7 Jahren Betrieb Fehler in einer Verbindungsmuffe • Durchschlag im Bereich der Absetzkante einer Verbindungsmuffe • Vermutliche Ursache: Montagefehler beim Abnehmen des Schneidgerätes • Singulärer Fehler : Seitdem ist an keiner dieser vergleichbaren Muffen erneut ein Fehler aufgetreten
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 2. Fehler Endverschluss 2009
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
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1994 1978 1998
TB RE MI FRH
MZA
IPH
1998 2000
Reuter Mitte Friedrichshain Marzahn Wustermark
Neuenhagen
Ölkabel 7,6 km
Freileitung 1,1 km (Berliner Gebiet)
Freileitung 2,6 km
Ölkabel 8,1 km
VPE-Kabel 6,5 km
VPE-Kabel 5,4 km
Freileitung 7,0 km (Berliner Gebiet)
(1)
(1) Tunnel Teufelsseekanal: 0,32 km
(2) Tunnel Havelquerung: 0,52 km
(3) Tunnel Schloßpark: 1,10 km
(4) Tunnel Spree: 0,27 km
380-kV-Freileitung 21,4 System-km
380-kV-Ölkabel 31,4 System-km
380-kV-VPE-Kabel 23,8 System-km
Legung im Tunnel 27,4 System-km
(2) (3)
6,3 km Tunnel 5,2 km Tunnel
(4)
Übersicht
Teufelsbruch
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
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Unterbrechungsdauer 10 Monate
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 2. Fehler Endverschluss 2009
Jahr: 2009
Spannungsebene: 380 kV
Fehlertyp: Leiter gegen Erde
Fehlerort: Kabelendverschluss Phase 2 in SF6-Schaltanlage,
Brand, Kontamination der gesamten Schaltanlagenhalle
Ausfallzeit: ca. 10 Monate (Reinigung der Anlage: 4 Monate)
Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 2. Fehler Endverschluss 2009
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 30
2009 nach 9 Jahren Betrieb Fehler in einem SF6 – Endverschluss
• Durchschlag im Bereich des Überganges, Absetzkante - halbleitende
Bänder - Papierwickel • Ursache: Schrumpfung der halbleitenden Bänder • Systematischer Fehler: Schrumpfungsprozess war auch an gleichen Endverschlüssen feststellbar
Entscheidung:
Austausch aller 12 Wickelendverschlüsse gegen trockene Silikonendverschlüsse
Austausch aller 12 Wickelendverschlüsse gegen trockene Silikonendverschlüsse
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
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Maßnahme:
Herausschneiden der alten Endverschlüsse
Fehlende Kabellänge durch verlängern der SF6 Anlage ausgleichen
Gesamtumbauzeit 10 Monate
Während dieser Zeit Einschränkung der Verfügbarkeit
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 32
Jahr: 2008
Spannungsebene: 220 kV
Fehlertyp: Leiter gegen Erde
Fehlerort: Kabelendverschluss auf Kabelendmast
Ausfallzeit: Ca. 18 Monate (Reinigung der im Umkreis von bis
zu 300 m kontaminierten Gebäude / Grundstücke,
Mastumbau und Mast-Teileinhausung, Austausch
aller Endverschlüsse)
Projekt „220-kV Teilverkabelung“ Fehler Kabelendverschluss 2008
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 33
Vor dem Fehler im Endverschluss: Kabelendverschlüsse auf Masttraverse
… nach Umbau: Kabelendverschlüsse integriert in Einhausung
Projekt „220-kV Teilverkabelung“ Fehler Kabelendverschluss 2008
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 34
Fazit
Seit nunmehr gut 20 Jahren wird intensiv an der Einsatzfähigkeit dieser neuen Kabeltechnik gearbeitet.
Bisher hat es nur wenige Anwendungen in Deutschland gegeben, auf deren Betriebserfahrungen man zurückgreifen kann.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Entwicklung dieser neuen Technologie nicht durch bestandene Typprüfungen abgeschlossen sind, sondern das Langzeiteffekte und Alterungsmechanismen besonders zu berücksichtigen sind und in entsprechenden Prüfungen nachgewiesen sein müssen.
08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb
Dipl. Ing. Claus G. Henningsen
Für Fragen stehe ich gerne zur Verfügung!
Herzlichen Dank für Ihr Interesse
Claus Georg Henningsen
Berater / Senior Expert
Kaiserstr. 23
14109 Berlin
Büro: 030 84508646
Mobil: 01723236100
Mail: [email protected]
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